Модели и алгоритмы управления экологическими аспектами в строительных организациях. Скворцов В.О., Половинкина А.И

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Половинкина Алла Ивановна

Официальные оппоненты:

Работкина Ольга Евгеньевна, доктор технических наук, профессор, Воронежский институт государственной противопожарной службы МЧС РФ\кафедра гражданской защиты, профессор

Глотов Тарас Ильич, кандидат технических наук, общество с ограниченной ответственностью «Борисоглебское дорожно-ремонтное строительное управление»\мастер

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Воронежский государственный технический университет

Защита диссертации состоится 9 ноября 2012 г. в 12:00 на заседании диссертационного совета ДМ 212.033.03 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84, корпус 3, аудитория 3220, тел. (факс): (4732) 71-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан 30 сентября 2012 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В 2012 году Россия присоединяется к Всемирной

торговой организации. По условиям присоединения отечественные строительные компании получают доступ на внешний рынок, а зарубежные – на наш. Однако по условиям соглашений Россия берет на себя обязательства по широкомасштабному внедрению на предприятиях (в том числе строительных) систем экологического менеджмента (СЭМ). Требования к СЭМ позволяющие любой организации разработать и внедрить политику и целевые показатели, учитывающие законодательные требования и информацию о существенных экологических аспектах устанавливаются в семействе международных стандартов серии ISO 14000, которые на сегодняшний день изложены более чем в 27 документах. В рамках реализации этих требований, на предприятиях строительной индустрии ведется работа по разработке и внедрению малоотходных производственных технологий. Совокупная техногенная нагрузка не должна превышать самовосстановительного, ассимиляционного потенциала природной среды.

На сегодняшний день существует экологическая регламентация допустимой нагрузки предприятия строительной индустрии на окружающую среду, которая устанавливается в виде нормативов предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (ПДВ), сбросов в водные объекты (ПДС), лимитов размещения отходов и др. Деятельность предприятия строительной индустрии ведет к возникновению двух видов экологических издержек. Во-первых, это экономический ущерб, вызванный выбросами и сбросами вредных веществ в окружающую среду, а во-вторых — издержки предотвращения загрязнения. Экономический механизм управления природопользованием в Российской Федерации определен законодательством об охране окружающей среды (2002 г.). Реализация данного механизма осуществляется не в полной мере, а незначительные штрафы не мотивируют предприятия к проведению соответствующих мероприятий, т.к. проще заплатить штраф. Однако, вступление в ВТО в разы повышает ответственность предприятий, а за соблюдением законодательства будет следить Ростехнадзор. В таких условиях строительным предприятиям придется перейти к предупредительной модели управления экологическими рисками, что, и прописано в стандарте, но сложность данной задачи и отсутствие методической поддержки, а также неясность процедуры создания СЭМ и ее функционирования создает серьезную преграду на пути реализации этих важных намерений.

Следовательно, существующая модель управления экологическими рисками строительных предприятий не отвечает возникшим реалиям и требует пересмотра на основе принципов экологического менеджмента, что весьма успешно осуществлено в западных компаниях, но требует существенной адаптации для отечественных, когда существующие экологические аспекты (ЭА) будут выстроены с учетом факторов неопределенности в динамике. Задача поиска оптимальной организации деятельности в сложных за-

3

дачах многокритериальной оптимизации встречается в работах таких авторов, как А.С. Айвазян, А.А. Боровков, В.Н. Вапник, Г.Я. Волошин, Э. Дидэ, В.А. Ковальский, Н.Г. Загоруйко и многих других. Однако степень исследований данной области в области решений остается недостаточной, а предлагаемые модели труднореализуемы на практике.

Следовательно, актуальность диссертационной работы определяется необходимостью разработки эффективных моделей и алгоритмов организации экологической деятельностью менеджеров строительного предприятия.

Основные исследования, получившие отражение в диссертации, выполнялись по плану инициативного гранта Российского фонда фундаментальных исследований: 10-07-00463 «Разработка математических моделей, синтез методов и алгоритмов при управлении бизнес-процессами в системах организационного управления».

Цель и постановка задач исследования. Целью диссертации является разработка моделей и алгоритмов управления системой экологического менеджмента строительного предприятия, обеспечивающим снижение временных затрат должностных лиц при реализации экологических аспектов.

Достижение цели работы потребовало решения следующих основных за-

дач:

1.Проанализировать модели и способы управления СЭМ строительного предприятия.

2.Разработать модель для выбора оптимальной структуры экологических аспектов строительного предприятия.

3.Построить алгоритм классификации и распознавания экологических аспектов строительного предприятия.

4.Синтезировать модель для определения вероятности исхода экологических аспектов строительного предприятия.

5.Разработать информационную модель управления экологическими аспектами строительного предприятия.

6.Провести экспериментальные исследования предложенных моделей и алгоритмов для аналитического сравнения с существующими моделями системы управления экологическими аспектами строительного предприятия (СУЭА), проанализировать их и получить оптимальный вариант СУЭА.

Методы исследования. Работа основана на использовании методологии системного анализа, теории графов, численной таксономии, аппарата теории принятия решений, экспертных оценок, имитационного моделирования, динамического программирования.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1.Модель для выбора оптимальной структуры экологических аспектов строительного предприятия при наличии различных критериев оценки эффективности управленческих решений с возможность описания внутренней структуры для различной организации и сложности функционирования.

4

2.Алгоритм классификации экологических аспектов строительного предприятия позволяющий в отличие от существующих исключить возможность включения простейшего бизнес-процесса в несколько классов за счет синтеза решающих правил распознавания, основанных на существенном использовании экспертной информации.

3.Модель для определения вероятности исхода экологических аспектов строительного предприятия, позволяющая существенно повысить достоверность переходов за счет выявления факторов существенно влияющих на результат деятельности и диапазона их значений.

4.Информационная модель управления экологических аспектов строительного предприятия, позволяющая измерять качество функционирования основных информационных процессов и проводить корректировку бизнеспроцессов в установленном диапазоне для выбранного критерия эффективности.

Достоверность научных результатов. Научные положения, теоретиче-

ские выводы и практические рекомендации, включенные в диссертацию, обоснованы математическими доказательствами. Они подтверждены расчетами на примерах, производственными экспериментами и многократной проверкой при внедрении в практику управления.

Практическая значимость и результаты внедрения. На основании выполненных автором исследований разработаны модели и алгоритмы для управления экологическими аспектами строительного предприятия, позволяющие снизить время реакции менеджеров за счет боле адекватной регламентации их деятельности в области экологического менеджмента и исключить лишние звенья согласования принимаемых ЛПР решений.

Использование разработанных в диссертации моделей и механизмов позволяет многократно применять разработки, тиражировать их и осуществлять их массовое внедрение с существенным сокращением продолжительности трудозатрат и средств, в том числе и для любых распределенных гражданских структур.

Разработанные модели используются в практике работы Общества с ограниченной ответственностью «Воронеж-Дом» (г. Воронеж).

Модели, алгоритмы и механизмы включены в состав учебного курса «Управление бизнес-процессами предприятия», читаемого в Воронежском государственном архитектурно – строительном университете.

Апробация работы.

Материалы диссертации, ее основные положения и результаты доложены и обсуждены на международных и республиканских конференциях, симпозиумах и научных совещаниях в 2007 – 2010 гг., в том числе – 5-я международная конференция «Системы управления эволюцией организацией» (г. Салоу, Испания; г. Воронеж, 2007 г.); материалы международной конференции «Экономическое прогнозирование: модели и методы» (г. Воронеж, 2007 г.); «62 – 65 научно – технические конференции ВГАСУ» (г. Воронеж 2007 –

5

2010 гг.); 64–67-й научно-технических конференциях по проблемам архитектуры и строительных наук (г. Воронеж, 2009-2012 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 7 работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве, состоит в следующем: в работах [1], [2], [5] автору принадлежит модель выбора оптимальной структуры экологических аспектов строительного предприятия; в работе [4], [6], [12] автору принадлежит алгоритм классификации экологических аспектов строительного предприятия; в работе [3], [8], [11] автору принадлежит модель для определения вероятности исхода экологических аспектов строительного предприятия; в работах [7], [9], [10], [13], [14] автору принадлежит информационная модель управления бизнес-процессами военного вуза.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит 134 страницы основного текста, 24 рисунка, 6 таблиц и 3 приложений. Библиография включает 154 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность, описываются цели и задачи

исследования, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проанализированы существующие варианты организации систем экологического менеджмента строительных предприятий

Существующая модель управления системой экологического менеджмента строительного предприятия, вопреки требованиям стандарта имеет признаки жесткой централизации и узкой специализации и не может обеспечить всестороннего взаимодействия между собой органов управления. Это зачастую приводит к несвоевременному и неадекватному, а порой нескоординированному реагированию на изменяющуюся экологическую ситуацию

различных органов управления ( Bpq ). При этом, деятельность каждого органа

управления, во многих случаях, дублируется, различаясь лишь временными и функциональными ограничениями, что существенно увеличивает документооборот, снижает наглядность данных и затрудняет анализ результативности, а факторы существенно влияющие на степень достижения требований экологических аспектов, при оперировании большим объемом информации в оргструктуре строительного предприятия учесть просто не возможно, т.к. временные затраты на обработку информации вручную потребуют от руководства привлечение дополнительных сотрудников, а так же информации от подразделений действующих автономно, которая поступает не ежедневно, а в соответствии с регламентами, которые были выстроены еще для ситуации, когда каждое структурное подразделение представляло собой автономную единицу.

6

Рассмотрим существующую модель управления ЭА в СЭМ в контексте сложившейся структуры, представляющей собой совокупность органов управления. Будем считать, что: каждый орган может принимать решения; решения органов можно характеризовать конечным набором переменных, принимающих числовые значения; принятие решения органом сводится к выбору некоторое числовых значений переменных из множества их допустимых значений; качество принимаемых решений оценивается конечным числом показателей эффективности. Тогда, иерархическая модель управле-

ния СЭМ СП будет состоять из принимающих решения органов Bpq , (рис.

1).

Рис. 1. Иерархическая модель управления СЭМ строительного предприятия

где: p 1,..., K - номер уровня иерархической системы управления; q 1,..., Q(K) - номер органа управления на данном уровне.

Пусть орган управления Bpq имеет множество стратегий У pq , элемен-

тами у qp которого являются точки, отвечающие различным допустимым ре-

шениям. Пунктиром обозначим подчиненность органов управления территориально удаленных от высших уровней иерархии. Множество стратегий подчиненных органов определяется множествами стратегий вышестоящих орга-

нов, а именно, если органу управления Bpq подчинены органы BSp 1, BpS 11 ,…,

BpS 1M , то на прямом произведении множеств, их стратегий У pS 1 x ,…, У pM 1 S x определена вектор функция f pq , областью значений которой является множество стратегий органа Bpq по выбору оптимального управленческого решения.

Тогда, оптимальным решением в модели СЭМ является совокупность стратегий A~Kq , q 1,..., Q(K) органов нижнего уровня, обеспечивающих реа-

лизацию "наилучших" значений вектора показателей эффективности ~ .

F ( y)

Рассмотрев действия органов управления для СЭМ представленной модели и оценив их целевые функции можно сделать вывод, что ее эффективная работа возможна лишь в условиях ведущей роли руководства, однако отсутствие мотивации остальных сотрудников сводит на нет все его усилия, во всех остальных подразделениях решения будут запаздывать, т.к. время на первичный анализ на месте информации, ее передачу вышестоящему органу, принятие им решений и обратную передачу недопустимо возрастет, а объем информации переданной органу высшего управления не позволит ему оперативно реагировать на возникающие экологические ситуации. Следовательно, необходимо предусмотреть такую модель управления СЭМ, в которой экологические аспекты определены заранее, их вероятные исходы просчитаны и для каждого вероятного исхода просчитаны стратегии соответствующих начальников по предупреждению нежелательных ситуаций.

Критерием эффективности модели управления СЭМ является относительное снижение времени, затраченное на перевод объекта управления в требуемое состояние:

ТИ (Тс- Т0 - Ту)/100 ;

где: Тс — продолжительность ситуации, благоприятной для управляющего воздействия (или требующей воздействия) на объект управления; T0 — время, затраченное на обнаружение данной ситуации; Ту — время, затраченное на прохождение информации в управляющей системе от датчика информации до исполнительного органа, включая ее передачу, обработку и преобразование.

Во второй главе разрабатывается математическая модель системы управления экологическими аспектами строительного предприятия, позволяющая существенно снизить транзакционные издержки менеджеров при выполнении повседневных задач.

В разделе 2.1 рассматривается модель выбора оптимальной структуры экологических аспектов строительного предприятия для класса деятельности Qi по критериям: минимальной структуры и стоимости.

Пусть сеть экологических аспектов 1-го уровня декомпозиции описывается (рис.2) графом G0(V,E0), где N=|V|- число вершин (всех вариантов описания ЭА); M0=|E0|- число ребер графа G0 (всех возможных входов и исходов ЭА).

Тогда необходимо синтезировать остовный подграф G(V,E) графа G0 в

котором N=|V|, M=|E|.

Пусть D(G) – диаметр графа G, а D(G-e) – диаметр графа G-e, полученный путем удаления из графа G произвольного экологического аспекта, тогда D(G-v) – диаметр графа G-v, полученный путем удаления из графа G произвольной дуги (входов и исходов ЭА).

8

G X

при следующих условиях:

-ограничение на длину кратчайшего пути между каждой парой вер-

шин: D(G) ≤ d1

-ограничение на длину кратчайшего пути между каждой парой вершин при удалении ребра: D(G-e) ≤ d2, для e E

-ограничение на длину кратчайшего пути между каждой парой вершин при удалении бизнес-процесса: D(G-x) ≤ d2, для x V

Проведем нижнюю оценку стоимости сети экологических аспектов. Заменим условие двусвязности графа на следующее: deg (v V(G))≥2 а условие, что сеть ЭА содержит M ребер: deg v ≥2M.

G X

если:

v V

deg (v V(G))≥2

Тогда применим следующий алгоритм (рис.3):

Шаг 1. Проведем сортировку строк матрицы ||Dij|| в порядке возрастания стоимостей.

Шаг 2. Зададим строку матрицы ||Dij||:

D(1) (d1(1) , d2(1) ,...dn(1) ) ,

полагая

9

Шаг 4. Вычисляем нижнюю оценку стоимости сети экологических аспектов с М ребрами: C*=(C1*+C2*)/2 (оценка делится пополам, т.к. полученное решение содержит 2М ребер, а в решении должно быть М ребер). Прове-

10